無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

軻斌 趙乾

摘 要：無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)是電力系統(tǒng)重要的節(jié)能技術(shù)，通過(guò)降低電力網(wǎng)絡(luò)和變壓器的損耗，有助于達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。本文概述了無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑聿?duì)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：無(wú)功補(bǔ)償；電氣自動(dòng)化

引言

在我國(guó)科技與經(jīng)濟(jì)快速進(jìn)步的同時(shí)，電氣自動(dòng)化領(lǐng)域也發(fā)生著日新月異的變化，供電、高鐵等領(lǐng)域中都應(yīng)用了電氣自動(dòng)化技術(shù)。所謂無(wú)功功率，一般應(yīng)用在電路電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的交換作用，并可在電氣設(shè)備中應(yīng)用，形成可維持磁場(chǎng)的有效功率。實(shí)際上，無(wú)功功率并不對(duì)外做功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N能量形式。一般情況下，如果電氣設(shè)備中具有電磁線(xiàn)圈，并且涉及到磁場(chǎng)的作用，就會(huì)消耗部分無(wú)功功率。所謂無(wú)功功率補(bǔ)償，就是在用戶(hù)變電所或在用電設(shè)備等處裝設(shè)無(wú)功功率電源，以改變電力系統(tǒng)中無(wú)功功率的流動(dòng)，從而提高電力系統(tǒng)的電壓水平，減小網(wǎng)絡(luò)損耗和降低配電線(xiàn)路的成本節(jié)約電能，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

1.無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電器自動(dòng)化中的發(fā)展類(lèi)型

我國(guó)對(duì)電氣自動(dòng)化中的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)做了很多深入的研究，這些無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)主要有：

1.1 真空斷路投切電容器

此設(shè)備簡(jiǎn)單且投資小，但是在合閘的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的電壓。容易導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生損壞，而且對(duì)于這個(gè)設(shè)備，不能有過(guò)于頻繁的投切，因?yàn)樗艿介_(kāi)關(guān)壽命的限制。

1.2 可控飽和電抗器

這個(gè)設(shè)備是通過(guò)對(duì)電抗器飽和程度的調(diào)節(jié)來(lái)改變整個(gè)回路的電流，主要讓并聯(lián)濾波器中的多余容性無(wú)功功率被感性電流抵消從而達(dá)到平衡點(diǎn)。此設(shè)備的特點(diǎn)是可以再電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中長(zhǎng)期投入。但是它會(huì)產(chǎn)生諧波噪聲較大，對(duì)設(shè)備來(lái)說(shuō)也會(huì)產(chǎn)生一定的損耗。

1.3 有源濾波器

此設(shè)備是的使用目的是讓電力電子裝置負(fù)產(chǎn)生與負(fù)序電流和諧波電流相反的電流，使得其滿(mǎn)足電源的要求，互相抵消。這種方案的有著調(diào)節(jié)速度快、補(bǔ)償靈活、不會(huì)和系統(tǒng)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)。但是其設(shè)備的價(jià)格比較昂貴。

1.4 固定濾波器、電容器和電抗器的調(diào)壓

這個(gè)設(shè)備通過(guò)連接低壓母線(xiàn)上的電抗器或者濾波器、調(diào)節(jié)降壓變壓器的低壓側(cè)母線(xiàn)電壓來(lái)調(diào)節(jié)。以達(dá)到改變無(wú)功出力的目的 這個(gè)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)加裝晶閘管分接和通斷開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)提供穩(wěn)定的無(wú)功功率并實(shí)現(xiàn)濾波作用的。

1.5 有源濾波器和無(wú)源濾波器

這個(gè)設(shè)備是以有源濾波器產(chǎn)生的電流和負(fù)荷中諧波電流進(jìn)行中和，相互抵消，最終達(dá)到滿(mǎn)足電源要求。其特點(diǎn)是充分利用了有源補(bǔ)償和無(wú)源補(bǔ)償?shù)目煽匦院挽`活性。

2.無(wú)功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用策略趨勢(shì)

無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用電能的穩(wěn)定性和安全性是評(píng)價(jià)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，是評(píng)價(jià)供電設(shè)備系統(tǒng)質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)。而電壓又是影響電能穩(wěn)定性的重要內(nèi)容，因此說(shuō)電能穩(wěn)定性通常就是說(shuō)電壓的穩(wěn)定性。鐵路交通用電由于都是滑動(dòng)接觸進(jìn)行電力的傳輸?shù)?。在設(shè)備的接觸處經(jīng)常會(huì)出火花等，影響電力使用的安全性。消除火花解決這種安全威脅問(wèn)題也與要用到電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。眾所周知影響電力機(jī)動(dòng)車(chē)輛的功率因數(shù)的因素來(lái)自于電力接觸網(wǎng)、牽引機(jī)動(dòng)車(chē)的電網(wǎng)的無(wú)功功率因數(shù)以及變電所對(duì)電力的瞬間穩(wěn)定性能的調(diào)控能力這三方面的因素。同時(shí)變壓器的阻抗和接觸網(wǎng)的大小不同，也嚴(yán)重影響著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。例如在電力機(jī)車(chē)上安裝過(guò)濾電磁波的裝置可有效的減小外來(lái)電磁干擾，對(duì)機(jī)車(chē)的功率因數(shù)和機(jī)車(chē)穩(wěn)定性的提高會(huì)起到很大的作用。

2.1 電氣自動(dòng)化中無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用存在的問(wèn)題：

當(dāng)前電氣自動(dòng)化中無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用存在的問(wèn)題主要包括以下三個(gè)方面：一是無(wú)功向配電網(wǎng)倒送，這在很大程度上增加了早期的無(wú)功補(bǔ)償裝置為靜電電容器和同步補(bǔ)償器，多用在系統(tǒng)的高壓側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償。并聯(lián)電容器補(bǔ)償至今仍是一種主要的補(bǔ)償方式，應(yīng)用范圍很廣。同步補(bǔ)償器實(shí)質(zhì)是同步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)勵(lì)磁電流變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)可隨之平滑地改變輸出無(wú)功電流的大小、方向，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行很有好處。但同步補(bǔ)償器成本高、安裝復(fù)雜、維護(hù)困難，使其應(yīng)用受到限制。目前廣泛應(yīng)用的是結(jié)合了電力電子技術(shù)的靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置。

2.2 無(wú)功補(bǔ)償與電力電子技術(shù)結(jié)合的方式：

一是作為投切電容器的開(kāi)關(guān)。因?yàn)殡娏Π雽?dǎo)體開(kāi)關(guān)的響應(yīng)時(shí)間短（Ls 級(jí)），所以能夠準(zhǔn)確地選擇電容投切的角度，實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通，避免了涌流的產(chǎn)生，提高了電容器使用可靠性和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。二是作為無(wú)功輸出的調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān).正是由于電力電子器件的高開(kāi)關(guān)頻率，可以方便地控制電容器電流的導(dǎo)通角，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)功的連續(xù)調(diào)節(jié)，快速跟蹤負(fù)載無(wú)功的變化。三是引入電力電子變流技術(shù)，將變流器作為無(wú)功電源來(lái)補(bǔ)償無(wú)功，如靜止調(diào)相機(jī)（STATCON）和有源濾波（APF）。

2.3 無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用過(guò)程中主要要考慮設(shè)計(jì)和裝置兩個(gè)方面：

無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先要選擇合適的電動(dòng)機(jī)、變壓器數(shù)量與容量來(lái)降低線(xiàn)路感抗 t 同時(shí)可采用同步或空歇式設(shè)備來(lái)提高自然功率系數(shù)，再使用低壓部分低壓補(bǔ)償，高壓部分高壓補(bǔ)償方式并聯(lián)電力電容器裝置達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)要求。常用的無(wú)功補(bǔ)償裝置有 MSC（機(jī)械型投切電容器），TSC（新型電子信息裝置）或 MSC+TSC（交流接觸器與晶閘管裝置）等。在選用專(zhuān)職是尤其要注意分析用戶(hù)用電負(fù)荷及其特性，如用電負(fù)荷小而平穩(wěn)時(shí)，適用 MSC 裝置；用電容量大且含有大量沖擊性負(fù)荷時(shí)，適用 TSC 裝置；而含有動(dòng)力負(fù)荷的區(qū)域最好使用 MSC+TSC 裝置。

2.4 無(wú)功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化：

無(wú)功補(bǔ)償容量的優(yōu)化法則是從網(wǎng)損最小、年運(yùn)行費(fèi)最小、年支出費(fèi)用最小的觀(guān)點(diǎn)，求出最佳補(bǔ)償容量的算法，以及在考慮負(fù)荷沿線(xiàn)分布情況下，求得最佳補(bǔ)償容量和補(bǔ)償位置的算法。這些算法的共同特點(diǎn)是：當(dāng)求得所要求的量值的數(shù)學(xué)表達(dá)式以后，采用求函數(shù)極值的方法，來(lái)求得補(bǔ)償容量和位置的數(shù)學(xué)表達(dá)式。從數(shù)學(xué)的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，是一些古典的算法，故將其稱(chēng)為經(jīng)典優(yōu)化法。時(shí)至今日，這種方法仍被用在確定網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償容量和位置的實(shí)踐中。

結(jié)束語(yǔ)

無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)是電力系統(tǒng)重要的節(jié)能技術(shù)，通過(guò)降低電力網(wǎng)絡(luò)和變壓器的損耗，提高電力網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)，應(yīng)用合理的補(bǔ)償裝置，減少電網(wǎng)電壓波動(dòng)和限制電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生。將無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用到電氣自動(dòng)化當(dāng)中時(shí)，應(yīng)當(dāng)時(shí)刻結(jié)合電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的具體情況，對(duì)不同的系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)號(hào)人座，根據(jù)系統(tǒng)自身的特點(diǎn)和系統(tǒng)功能的要求選擇恰當(dāng)?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉玉杰，周博.淺述我對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)恼J(rèn)識(shí)Ⅱ.科技信息（科學(xué)教研）.2016（23）.

[2]謝常華.電氣自動(dòng)化的發(fā)展[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào)，2016（11）.

（作者身份證：1.軻斌身份證號(hào)210922198203260017；2.趙乾身份證號(hào)211402199101222610）